Introduction aux Rseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 INTRODUCTION AUX RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS Présenté par Philippe LELASSEUX Enseignant-Chercheur à l ’IUT GEII de Brive Option RLI Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 1

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 Introduction aux Réseaux Locaux Industriels ou Bus de Terrain • • I) Définir le Bus de Terrain II) Avantages et Inconvénients III) Hier et Aujourd’hui IV) Classification V) I. S. O. et Bus de Terrain VI) Exemples VII) TCP/IP et Bus de Terrain Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 2

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 I) Définir le Bus de Terrain • TERRAIN = Délimite une zone géographique (Usine, Atelier, Voiture. . . ) • BUS = Ensemble des fils utilisés pour l ’échange de données entre différents circuits électroniques • RESEAU =Ensemble de lignes de communication qui desservent une même unité géographique Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 3

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 I) Définir le Bus de Terrain BUS DE TERRAIN = Réseau de Communication Numérique reliant différents types d ’équipements d ’automatisme M V Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 4

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 BUT INITIAL: Remplacement des boucles de courant 4 -20 m. A M V Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 5

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 Mais aussi : * DISTRIBUTION : Décentralisation du contrôle, Traitement des alarmes, Diagnostics * INTELLIGENCE : Déportée au niveau de ces équipements * INTEROPERABILITE : Système ouvert M V Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 6

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 II) Avantages et Inconvénients • REDUCTION DES COUTS : – Réduction massive du câblage – Possibilités de réutiliser le câblage existant – Réduction du matériel nécessaire à l ’installation • REDUCTION DES COUTS DE MAINTENANCE – Complexité moindre => Fiabilité accrue – Maintenance plus aisée : Dépannage « On Line » Outils dédiés – Flexibilité pour l ’extension du bus Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 7

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 II) Avantages et Inconvénients PERFORMANCES GLOBALES ACCRUES: • • Précision de la communication numérique Informations sont disponibles à tous les équipements Dialogue entre 2 équipements est directe Structure Distribuée permet un éclatement de l ’algorithme en plusieurs tâches • Interopérabilité : Connexion d ’équipements hétérogènes Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 8

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 II) Avantages et Inconvénients INCONVENIENTS: • Prise en compte de l ’information en Temps Réel • Sécurité des informations • Choix du réseau – – – Topologie Accès au bus Vitesse Médium Standard ou Propriétaire • Coût direct du prix du Bus de Terrain Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 9

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 III) Hier et Aujourd’hui • • • 1940 Process de contrôle de capteurs de pression 1960 Standard de la boucle de courant 4 -20 m. A 1970 Boom des processeurs => API 1980 Bus de terrain propriétaires 1992 Standardisation de la couche physique 1994 Fieldbus Foundation = • World. FIP (World Factory Information Protocol) EUROPE • ISP (Interoperable System Project) USATopologie • 1998 Standardisation de la couche Liaison Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 10

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 III) Hier et Aujourd’hui CONSTAT: • Nombre de bus de terrain en Europe: 1995 : 10 000 2000 : 70 000 • Fort accroissement du nombre de bus de terrain dans le monde ( sauf en France) • La Standardisation a assaini l ’offre, mais il reste encore trop de standards et beaucoup trop de bus propriétaires Il existerait 2000 Bus de Terrain différents Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 11

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 III) Hier et Aujourd’hui Standard IECC 61158: Regroupe 8 bus de terrain différents sous le même standard • Control. Net • Foundation Fieldbus - H 1 • Foundation Fieldbus - HSE • Interbus • P-Net • Profibus • Swift. Net • World. Fip Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 12

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 L'INTEGRATION IV) CLASSIFICATION FONCTIONS USINE ATELIER CELLULE MACHINE GESTION ENTREPRISE CONTRÔLE PRODUCTION SYSTEMES CALCULATEURS FICHIERS MICROORDINATEUR TABLEAUX COMMANDE CENTRALISEE SUPERVISION MESSAGES AUTOMATISATION API CONTROLEURS REGULATEURS DONNEES CAPTEURS ACTIONNEURS TERRAIN INFORMATIONS MOTS BITS PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing) Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 13

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels IV) CLASSIFICATION USINE ATELIER 5 Avril 2001 VOLUME DE DONNEES TEMPS NON CRITIQUE TRAITEMENT DE DONNEES TEMPS > 10 s CELLULE TRAITEMENT DE DONNEES EN TEMPS REEL TEMPS < 1 s MACHINE TEMPS < 0, 1 s T < 0. 01 s TERRAIN PYRAMIDE CIM (Computer Integrated Manufacturing) Temps de réponse Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 14

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 IV) CLASSIFICATION USINE INTERNET RESEAUX INFORMATIQUES ATELIER BUS D ’USINE CELLULE MACHINE BUS DE TERRAIN BUS SENSEUR/ACTEUR Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 15

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 IV) Classification • (Bus d ’usine: ) Réseau Local Industriel basé sur ETHERNET Un PC Industriel sert de passerelle entre le réseau informatique et le bus de terrain • BUS DE TERRAIN Relie des unités intelligentes qui coopèrent Temps de réaction de quelques millisecondes Communication de type Maître/Esclaves ou Multi. Maîtres Possibilités d ’accès au niveau inférieur • BUS SENSEUR/ACTEUR ( ou Capteur/Actionneur) Relie entre eux des nœuds à intelligence limitée ou nulle( E/S déportées) Temps de réaction très rapide Communication Maître/Esclaves Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 16

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 TCP/IP IV) CLASSIFICATION USINE ATELIER CELLULE MACHINE T O K E N R I N G RNIS SATELLITE E T E H E T R H N E E T R N E T MODEM PROFIBUS FMS WORLDFIP BITBUS PROFIBUS-DP INTERBUS-S LONWORKS TERRAIN CAN PROFIBUS-PA AS-i PYRAMIDE CIM et les Réseaux Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 17

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 V) I. S. O. et BUS DE TERRAIN • Le Modèle I. S. O. Le modèle d ’Interconnexion des Systèmes Ouverts (I. S. O) de l ’Organisation de Standardisation Internationale (O. S. I)sert de référence à tous les systèmes de communication. Interface avec l ’application 7 APPLICATION 6 PRESENTATION Représentation des données 5 SESSION Synchronisation du dialogue 4 TRANSPORT 3 RESEAU Routage=Acheminement des paquets 2 LIAISON Construction des trames + Détection des erreurs 1 PHYSIQUE Connexion entre les 2 hôtes distants Codage des bits + Caractéristiques électriques Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 18

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 V) I. S. O. et BUS DE TERRAIN • Le Modèle I. S. O. possède 7 couches – Couches de 1 à 4: couches basses chargées d ’assurer un transport optimal des données – Couches 5 à 7: couches hautes chargées du traitement des données SERVICE 7 APPLICATION 6 PRESENTATION 5 SESSION 4 TRANSPORT 3 RESEAU 2 LIAISON 1 PHYSIQUE APPLICATION 7 PRESENTATION 6 SESSION 5 TRANSPORT 4 PAQUETS RESEAU 3 TRAMES LIAISON 2 PHYSIQUE 1 PROTOCOLE MESSAGES BITS SUPPORT PHYSIQUE Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 19

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 V) I. S. O. et BUS DE TERRAIN • Le Bus de Terrain Le bus de Terrain est basé sur la restriction du modèle I. S. O. à 3 couches. 7 APPLICATION Les couches 3 à 6 sont vides: 6 Pas d ’interconnexion avec un autre réseau 5 4 3 2 LIAISON 1 PHYSIQUE Couche Liaison = L. C. : Logical Link Control M. A. C. : Medium Access Control Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 20

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 V) I. S. O. et BUS DE TERRAIN COUCHE LIAISON : L. L. C. : Logical Link Control • Filtrage des messages 7 APPLICATION • Recouvrement des erreurs bit/trame • Notification de surcharge M. A. C. : Medium Access Control LLC 2 MAC • Mise en trame: émission/réception • Détection et signalisation du bit erreur • Arbitrage: gestion de l ’accès au médium 1 PHYSIQUE Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 21

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 VI) EXEMPLES Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 22

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 1) AS-i (Actuator Sensor Interface) Le Standard International pour le bus de terrain de plus bas niveau ALIM Puissance - + - 1 1 2 2 3 3 4 4 1 2 3 4 Réseau de Capteurs / Actionneurs Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 23

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 Caractéristiques de AS-i • • PHYSIQUES Topologie: Libre Médium: Câble 2 fils non blindés Distance: 100 m (300 répéteurs) Nombre de nœuds: 31 esclaves COMMUNICATION • Principe de communication: Maître/Esclave par polling • Vitesse: temps de cycle < 5 ms • Taille des données: 4 bits DIVERS • Esclave = 4 entrées TOR+ 4 sorties TOR + 4 bits de paramétrage • E/S analogique possible • Données et puissance sur le même câble (jaune) Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 24

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 2) PROFIBUS DP (Distributed Periphericals) PHYSIQUES • Topologie: Libre • Médium: Paire torsadée, fibre • Distance: – 100 m à 12 Mbps – 1200 m à 9. 6 Kbps COMMUNICATION • Principe de communication: Maître/Esclave • Vitesse: 9. 6 Kbps à 12 Mbps • Taille des données: 244 octets • Nombre de nœuds: 127 DIVERS • Profibus PA – dépend d ’un maître sur Profibus DP – vitesse=31. 25 Kbps – Données et puissance sur le même câble • PROFInet bus de terrain sous TCP/IP devrait remplacer Profibus FMS Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 25

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 VII) TCP/IP et Bus de Terrain Les réseaux informatiques ont généralement tous adoptés le protocole TCP/IP 7 APPLICATION 7 TELNET, FTP, WEB 6 PRESENTATION 6 XDR 5 SESSION 5 RPC 4 TRANSPORT 4 TCP 3 RESEAU 3 IP 2 LIAISON 2 ETHERNET PHYSIQUE 1 1 INTERNET = Connexions de l ’ensemble des réseaux TCP/IP peut-il envahire les Réseaux Locaux Industriels ? Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 26

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 Contre TCP/IP • Protectionisme commerciale et politique • Chaque Bus de Terrain a ses propres caractéristiques et avantages • TCP/IP n ’est pas temps réel • Capacité mémoire importante et processeur puissant • Mauvaise protection (sûreté de l ’information) Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 27

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 Pour TCP/IP • • • Le PC Industriel est présent dans le secteur industriel Faible coût des cartes Ethernet pour PC Protocole TCP/IP bas niveau = Sockets BSD Interconnexion existante : ponts, routeurs, passerelles INTERNET – Télémaintenance – Supervision A Distance Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 28

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 TCP/IP aujourd’hui dans l’industrie • Easy. IP: solution FESTO à travers TCP/IP Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 29

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 TCP/IP aujourd’hui dans l’industrie • AIDIAG Premium (Schneider) Permet l ’analyse et la mise au point d ’installation automatisée Envoi automatique par Email des enregistrements Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 30

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 TCP/IP aujourd’hui dans l’industrie • E/S déportées sur ETHERNET TCP/IP (WAGO Contacts) Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 31

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 CONCLUSION • Le bus de terrain est présent dans tous les milieux industriels • L ’automaticien d ’aujourd’hui doit avoir de nombreuse compétences: automatique, automate programmable, capteurs, pneumatique, hydraulique, électrotechnique, informatique… Réseaux Locaux Industriels • Les bus de terrain permettent l ’échange de données entre: – un automate et des capteurs/actionneurs – des automates et un PC Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 32

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels 5 Avril 2001 CONCLUSION • TCP/IP est de plus en plus présent en automatisme: – La Supervision sur PC a fait accélérer ce mouvement – Plusieurs constructeurs remplacent leur réseau local industriel ETHERNET par une solution TCP/IP – Plusieurs constructeurs amène TCP/IP jusqu ’au niveau terrain TCP/IP et ETHERNET devrait prendre de plus en plus de place en automatisme, mais il ne remplacera pas les bus de terrain Les Journées Techniques du Lycée Raoul Dautry Les Réseaux Locaux Industriels Réalités et Perspectives LELASSEUX Philippe 33